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應(yīng)急通信指揮車

1通用型應(yīng)急通信指揮車

常見的應(yīng)急通信指揮車一般采用先進的衛(wèi)星通信技術(shù)、圖像采集、處理和傳輸技術(shù)及計算機通信技術(shù)等,組成一個功能較為完備的移動指揮中心.該系統(tǒng)在處理緊急突發(fā)事件(如地震救援)中機動靈活、快速反應(yīng),把現(xiàn)場情況通過車載衛(wèi)星系統(tǒng)傳送到遠程指揮中心,實現(xiàn)現(xiàn)場與指揮中樞之間的遠程圖像監(jiān)控、語音調(diào)度和數(shù)據(jù)查詢等,使得指揮中樞決策人員如臨其境,及時獲取現(xiàn)場信息,保證了決策的準確性.為實現(xiàn)事件現(xiàn)場與遠程指揮中心聯(lián)動提供了可靠的通信保障.這種應(yīng)急通信指揮車通常被稱為通用型應(yīng)急通信指揮車.

2適用于城市軌道交通的應(yīng)急通信指揮車

適用于城市軌道交通的應(yīng)急通信指揮車與通用型應(yīng)急通信指揮車有所不同,因為城市軌道交通典型的事故場景與通用型應(yīng)急通信指揮車的應(yīng)用場景不盡相同.通用型應(yīng)急通信指揮車主要用于地震救援、科學(xué)考察等沒有基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)可以利用的情況.因此它的遠程通信主要依靠衛(wèi)星鏈路來實現(xiàn).城市軌道交通則不同,這里我們把毀滅性地震造成的災(zāi)害排除在外,而將典型的救援場景設(shè)定為在軌道交通地下隧道中發(fā)生列車脫軌、相撞、火災(zāi)和爆炸等突發(fā)事件時的緊急救援.這也是軌道交通最困難的救援場景.假設(shè)當(dāng)事故發(fā)生時,應(yīng)急通信指揮車迅速開赴現(xiàn)場,停靠在事故發(fā)生隧道的相鄰地下車站的出入口,通過單兵背負的音視頻信號采集設(shè)備將現(xiàn)場情況發(fā)回應(yīng)急通信指揮車,并由指揮車上傳至軌道交通應(yīng)急指揮中心.與通用型應(yīng)急通信指揮車不同的是:此時不必使用成本高昂的衛(wèi)星通信.

因為軌道交通車站出入口必定存在各個移動通信運營商網(wǎng)絡(luò)信號的良好覆蓋.因此借助3G公網(wǎng)實現(xiàn)現(xiàn)場音、視頻信息的上傳及指揮中心調(diào)度指令的下達是一個經(jīng)濟合理的技術(shù)方案.

要求車載通信系統(tǒng)的制式及設(shè)備與軌道交通原有的通信系統(tǒng)相互兼容,實現(xiàn)互聯(lián)互通,這也是軌道交通應(yīng)急通信指揮車不同于通用型應(yīng)急通信指揮車的另一個重要原因.之所以這樣要求,是因為當(dāng)?shù)罔F隧道發(fā)生事故時,其相鄰車站的通信設(shè)備有可能并未毀壞,這種情況下應(yīng)急通信指揮車就可以通過光纜迅速便捷地接入軌道交通專用傳輸系統(tǒng)從而實現(xiàn)與應(yīng)急指揮中心的信息傳輸.

此外,軌道交通專用無線通信采用800MHz頻段TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng),各車站設(shè)兩載頻基站,能夠提供一個控制信道和7個通話信道.當(dāng)隧道中發(fā)生事故時,相鄰車站基站即使還能正常工作,也沒有能力承載因事故救援而突發(fā)的巨大話務(wù)量.因此,要求軌道交通應(yīng)急通信指揮車配備車載TE-TRA基站,至少以單站集群的方式來補充原系統(tǒng)信道的不足(視車載TETRA基站與原系統(tǒng)設(shè)備的兼容程度,有可能通過專用傳輸系統(tǒng)提供的傳輸通道接入原軌道交通TETRA交換控制中心,從而提供更多的系統(tǒng)功能),這樣就可以充分利用軌道交通原有無線通信終端設(shè)備,使其在應(yīng)急救援中盡可能發(fā)揮作用.尤其是重慶軌道交通警用無線通信也納入800MHzTETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)(為警用通信設(shè)置專門的虛擬用戶群組)的情況下,讓既有的TE-TRA終端設(shè)備可以在應(yīng)急救援中加入通信,就顯得尤為重要.

通信系統(tǒng)構(gòu)成與功能及技術(shù)指標

能夠滿足軌道交通應(yīng)急救援功能需求的應(yīng)急通信指揮車通信系統(tǒng)如圖1所示.軌道交通應(yīng)急通信指揮車系統(tǒng)由軌道交通應(yīng)急指揮中心設(shè)備和車載設(shè)備兩部分組成.其中車載設(shè)備又分為5個子系統(tǒng):視頻通信、公網(wǎng)/專網(wǎng)通信接入、TETRA數(shù)字集群通信、廣播及供電子系統(tǒng).

1系統(tǒng)功能

1軌道交通應(yīng)急指揮中心設(shè)備

應(yīng)急指揮中心設(shè)備應(yīng)能通過有線和無線鏈路與應(yīng)急通信指揮車之間實現(xiàn)語音、圖像、數(shù)據(jù)通信.可動態(tài)監(jiān)控現(xiàn)場情況,指揮和部署各種救援力量.中心的設(shè)備由可視化調(diào)度設(shè)備、解碼單元、綜合控制管理平臺(含軟件)及用戶終端組成,應(yīng)能實現(xiàn)與軌道交通控制中心既有專用電話系統(tǒng)及視頻平臺間的互聯(lián)互通.應(yīng)急指揮中心設(shè)備采用平臺化理念進行設(shè)計,內(nèi)部結(jié)構(gòu)實現(xiàn)層次化、模塊化和標準化.系統(tǒng)軟件采用NGN體系架構(gòu),具有高度可靠性、良好兼容性和靈活的擴展能力.

2應(yīng)急通信指揮車車載設(shè)備

1)視頻通信子系統(tǒng).系統(tǒng)由單兵攝像機、發(fā)射機和接收機,車載3G視頻服務(wù)器、硬盤錄像機、頭枕顯示器及野戰(zhàn)光纜等組成.系統(tǒng)通過單兵攝像機實時采集現(xiàn)場圖像并經(jīng)單兵發(fā)射機采用無線(COFDM)方式傳到接收機.為保證單兵發(fā)射機與接收機之間可靠的無線通信,本方案采用野戰(zhàn)光纜將接收機引至現(xiàn)場附近區(qū)域,野戰(zhàn)光纜另一端連接車載3G視頻服務(wù)器.接收機將視頻圖像信息上傳至應(yīng)急通信指揮車存儲和顯示,并經(jīng)編碼壓縮后通過3G公網(wǎng)發(fā)送到應(yīng)急指揮中心.接收機與應(yīng)急通信指揮車間除具備視頻傳輸功能外,還可以進行話音通信.

2)公網(wǎng)/專網(wǎng)通信接入子系統(tǒng).應(yīng)急通信指揮車與應(yīng)急指揮中心之間的傳輸通道主要依靠3G無線公網(wǎng).通過車載3G視頻服務(wù)器,除能將現(xiàn)場實時圖像上傳至應(yīng)急指揮中心外,還能與應(yīng)急指揮中心建立語音通話,確保應(yīng)急指揮中心對現(xiàn)場的指揮調(diào)度.車載3G無線視頻服務(wù)器選用雙網(wǎng)多卡無線視頻服務(wù)器.采用多信道捆綁技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)編碼自適應(yīng)技術(shù)等,支持雙向語音傳輸,支持高清圖片的實時抓拍,支持本地音、視頻實時存儲,支持GPS軌跡定位,可解決超遠距離圖像傳輸.在鄰近地鐵車站通信設(shè)施正常時,可通過野戰(zhàn)光纜,直接將車載通信網(wǎng)絡(luò)接入到軌道交通專用通信網(wǎng)絡(luò)中,實現(xiàn)與應(yīng)急指揮中心、各車站之間的語音、數(shù)據(jù)和視頻通信.

3)TETRA數(shù)字集群通信子系統(tǒng).應(yīng)急通信指揮車配備具有單節(jié)點工作能力的便攜式800MHz頻段TETRA數(shù)字集群基站,可為指揮車及周邊的TETRA終端提供無線調(diào)度通信服務(wù).該基站兼容地鐵既有的TETRA數(shù)字集群終端,無論事故隧道相鄰車站的TETRA基站是否損壞,均可使用野戰(zhàn)光纜將車載基站提供施主信號的便攜式光纖直放站部署在事故隧道口或隧道中.在相鄰車站基站損壞的情況下,為事故現(xiàn)場的TETRA終端提供TETRA入網(wǎng)通信的條件;在相鄰車站基站未損壞的情況下,可以擴充信道數(shù)量,提高呼叫的接通率,改善服務(wù)質(zhì)量.當(dāng)應(yīng)急通信指揮車車載TETRA基站與原軌道交通TETRA系統(tǒng)達到最理想的兼容狀態(tài)(同一廠商生產(chǎn)的設(shè)備并采用相同的軟件版本)且事故隧道相鄰車站的專用通信傳輸系統(tǒng)正常工作的情況下,可以通過傳輸通道將車載TETRA基站接入原軌道交通TETRA中心交換控制設(shè)備,以提供更加完備的系統(tǒng)功能.

4)廣播子系統(tǒng).系統(tǒng)主要由功放、喇叭和有線話筒等組成.可將車上所有音源根據(jù)需要在車內(nèi)和車外播放,還可實現(xiàn)車內(nèi)監(jiān)聽、車外廣播.

5)供電子系統(tǒng).為保證應(yīng)急通信指揮車在復(fù)雜條件下的可靠供電,采用市電、取力發(fā)電機、UPS逆變等3種供電方式.各種供電方式都要求進行電源凈化和穩(wěn)壓處理.供電系統(tǒng)應(yīng)具有防雷擊功能、漏電保護功能.同時還具有過、欠壓保護和過流保護功能.確保電源系統(tǒng)和用電設(shè)備的安全.市電供電擁有最高優(yōu)先級.供電系統(tǒng)除為應(yīng)急通信指揮車供電外,還應(yīng)配備便攜式發(fā)電機,為無線視頻接收機、光纖直放站遠端機等前端設(shè)備供電.

3系統(tǒng)主要技術(shù)指標

3.1通信指揮車與指揮中心間的視頻傳輸本方案利用移動通信公網(wǎng)作為應(yīng)急通信指揮車與應(yīng)急中心之間視頻圖像的主要傳輸途徑.因此其傳輸質(zhì)量指標主要依賴公網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量指標.此外,本方案選用的3G視頻服務(wù)器采用雙通道集群捆綁技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)帶寬自適應(yīng)技術(shù)和H.264+視頻壓縮編碼優(yōu)化技術(shù),可以提升傳輸通道的帶寬并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的變化自動調(diào)整視頻幀率(最高可達25幀/s),使數(shù)據(jù)流控技術(shù)更適合低帶寬網(wǎng)絡(luò)傳輸專業(yè)的圖像,色彩還原度高.其具體指標如下.

1)視頻輸入:1路~4路(可選同傳);傳輸分辨率:D1,PAL制704@576;NTSC制704@480;Hafe-D1,PAL制704@288;NTSC制704@240;CIF,PAL制352@288;NTSC制320@240.

2)幀率:CIF幀率1~25幀/s可調(diào)(實際幀率視3G網(wǎng)絡(luò)狀況而定).

3)碼率:碼率可調(diào),視3G網(wǎng)絡(luò)帶寬而定(支持EVDO、WCDMA通信模式);典型碼率420kbps左右(2路CDMA2000帶寬情況下);典型碼率700kbps左右(2路WCDMA帶寬情況下);自動調(diào)整圖像組(GOP)長度,自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)帶寬.

3.2視頻圖像采集終端與指揮車端接收機之間的視頻傳輸傳輸方式:采用雙向IP型TDMA-OFDM全雙工體制;數(shù)據(jù)速率:1~315Mbit/s(視調(diào)制方式而定);接收門限電平:靈敏度-97dBm(10-6BER@8MHz信道寬度);工作頻率:325MHz;信道帶寬:8MHz;OFDM子載波數(shù):4096;調(diào)制方式:QPSK/16QAM;視頻接口:1路復(fù)合視頻(PAL制);音頻接口:1路音頻輸入/輸出.

3.3TETRA數(shù)字集群通信子系統(tǒng)本方案車載TETRA數(shù)字集群通信子系統(tǒng)從系統(tǒng)功能到技術(shù)指標,與軌道交通專用無線通信系統(tǒng)通常采用的TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)并無本質(zhì)區(qū)別.且軌道交通專用無線通信系統(tǒng)的技術(shù)指標在業(yè)界早已成為常識,因此這里不再贅述.唯一需要注意的一點就是設(shè)備選型時一定要考慮與原軌道交通專用無線通信系統(tǒng)設(shè)備達到最深層次的兼容.

2無線移動視頻傳輸采用的關(guān)鍵技術(shù)

本方案在無線移動視頻傳輸中采用了編碼正交頻分復(fù)用(CodedOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,COFDM)技術(shù).COFDM是目前世界最先進和最具發(fā)展?jié)摿Φ恼{(diào)制技術(shù),其基本原理就是將高速數(shù)據(jù)流通過串并轉(zhuǎn)換,分配到傳輸速率較低的若干子信道中進行傳輸.COFDM技術(shù)屬于多載波調(diào)制技術(shù),它的特點是各子載波相互正交,使擴頻調(diào)制后的頻譜可以相互重疊,從而減小了子載波間的相互干擾.COFDM技術(shù)使用了自適應(yīng)調(diào)制,根據(jù)信道條件的好壞來選擇不同的調(diào)制方式.COFDM還采用了功率控制和自適應(yīng)調(diào)制相協(xié)調(diào)的工作方式.信道好的時候,發(fā)射功率不變,可以增強調(diào)制方式,或者在低調(diào)制方式時降低發(fā)射功率.由于這種技術(shù)具有在雜波干擾下傳送信號的能力,因此常被利用在容易受外界干擾或者抵抗外界干擾能力較差的傳輸介質(zhì)中.它的實用價值就在于支持突破視距限制的應(yīng)用,是一種對無線電頻率資源充分利用的技術(shù),可以對噪聲和干擾有很好的免疫力,繞射和穿透遮擋物是COFDM技術(shù)的核心,其在無線圖像傳輸方面的應(yīng)用有以下獨特的優(yōu)勢:

1)卓越的/繞射0與/穿透0能力,使得其適合在非可視和有阻擋的環(huán)境中實現(xiàn)無線圖像的實時穩(wěn)定傳輸,受環(huán)境影響小。

2)適合于高速移動中進行實時圖像的無線傳輸.可在車輛、船舶和直升機等平臺上使用,傳輸可靠性高.

3)傳輸帶寬高,適合高碼流、高畫質(zhì)的音、視頻傳輸,圖像碼流一般可大于4Mbps.接收后的圖像質(zhì)量接近DVD畫質(zhì),完全可以滿足接收端后期音、視頻分析、存儲和編輯等具體要求.

4)在復(fù)雜電磁環(huán)境中,COFDM具備優(yōu)異的抗干擾性能.其抗多徑干擾、窄帶干擾及信號波形間干擾性能優(yōu)越.通過各個子載波的聯(lián)合編碼,具有很強的抗衰落能力.

本方案的特點

綜上所述,軌道交通應(yīng)急通信指揮車通信系統(tǒng)有如下特點:

1)采用公眾移動通信地面網(wǎng)絡(luò)作為應(yīng)急通信指揮車與軌道交通應(yīng)急指揮中心之間的視頻信號的傳輸鏈路,使得應(yīng)急救援中通信系統(tǒng)的使用成本大為降低(通用型應(yīng)急通信指揮車均采用昂貴的衛(wèi)星通信鏈路).

2)應(yīng)急通信指揮車通信系統(tǒng)與原軌道交通通信系統(tǒng)的高度有機兼容與結(jié)合.

3)將視頻圖像采集上傳至指揮車環(huán)節(jié)進行了簡化和改進(通用型應(yīng)急通信指揮車系統(tǒng)的視頻圖像采集終端與車載接收機之間通過中繼接力的方式進行視頻信號的傳輸,其缺點是系統(tǒng)組網(wǎng)復(fù)雜,可靠性稍遜).本方案采用野戰(zhàn)光纜將車載接收機向事發(fā)現(xiàn)場盡可能前移,減少中間環(huán)節(jié),增加通信可靠性.

4)車載TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)增加便攜式光纖直放站,通過野戰(zhàn)光纜將光纖直放站快速布設(shè)于事故現(xiàn)場附近,實現(xiàn)車載基站射頻覆蓋范圍的擴展,為軌道交通公安干警以及與應(yīng)急救援密切相關(guān)的人員提供通信支持.

5)根據(jù)國家應(yīng)急平臺體系架構(gòu)的規(guī)劃,各地區(qū)、各專業(yè)應(yīng)急指揮機構(gòu)及其設(shè)施均為國家應(yīng)急平臺體系架構(gòu)的末端組成部分.重慶軌道交通應(yīng)急通信指揮車系統(tǒng)建成后能夠成為國家應(yīng)急平臺體系中合格的職能單元,在軌道交通公共突發(fā)應(yīng)急事件的處置中發(fā)揮應(yīng)有的作用。

作者：楊秀單位：中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司